CN106814262A - 三相交流电机及其的缺相检测方法和装置 - Google Patents

三相交流电机及其的缺相检测方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三相交流电机及其的缺相检测方法和装置，所述方法包括以下步骤：控制三相交流电机以预设频率运行，并实时获取三相交流电机的三相电流；分别判断三相电流中的每一相电流是否处于预设的电流范围内且持续时间大于预设的时间阈值；如果三相电流中任一相电流处于预设的电流范围内且持续时间大于预设的时间阈值，则判断三相交流电机发生缺相，从而不仅能够有效检测出因电机定子绕组内部断线等导致的电机一直缺相的情况，而且能够有效检测出因接线不牢等导致的电机间歇性缺相的情况。

Description

三相交流电机及其的缺相检测方法和装置
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种三相交流电机的缺相检测方法、一种三相交流电机的缺相检测装置以及一种具有该装置的三相交流电机。
背景技术
目前，在很多工业应用和家用电器领域中，都是采用感应电机(三相异步电机)和三相同步电机作为运动装置。其中，电机的驱动一般采用交直交驱动器，即将单相市电或者三相交流电整流成直流电(有些会采用功率因数校正器进行功率因数调节)，然后采用大电解电容进行储能与平抑纹波电压，最后通过逆变单元输出交流电控制电机运行。
在三相交流电机及其驱动器的生产制造与运输安装过程中，可能会出现电机定子绕组内部断线、电机与驱动器的连接线断线或者未能连接好或者连接不牢、驱动器中驱动电路或者功率开关管存在故障等，而上述这些情况均会导致三相交流电机的某一相无法导通(例如，某个功率开关管出现开路故障，而其他功率开关管正常工作)，或者某一相不能持续导通(例如，器件虚焊等)，从而导致电机一直缺相或者间歇性缺相，使得电机无法运行或者运行不稳定。
相关技术中，三相交流电机缺相的检测方法是：在电机启动之前，输入脉冲电压信号给电机，并判断电机的三相电流是否与期望电流一致，如果某一相未产生电流，则说明此相缺相。该方法虽然能够检测出电机缺相，但是只能检测出电机一直缺相的情况，无法检测出间歇性缺相的情况，如接线不牢或者驱动电路器件虚焊等。
因此，需要对三相交流电机缺相的检测方法进行改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种三相交流电机的缺相检测方法，不仅能够有效检测出因电机定子绕组内部断线等导致的电机一直缺相的情况，而且能够有效检测出因接线不牢等导致的电机间歇性缺相的情况。
本发明的另一个目的在于提出一种三相交流电机的缺相检测装置。
本发明的又一个目的在于提出一种三相交流电机。
为实现上述目的，本发明一方面实施例提出了一种三相交流电机的缺相检测方法，包括以下步骤：控制三相交流电机以预设频率运行，并实时获取所述三相交流电机的三相电流；分别判断所述三相电流中的每一相电流是否处于预设的电流范围内且持续时间大于预设的时间阈值；以及如果所述三相电流中任一相电流处于所述预设的电流范围内且持续时间大于所述预设的时间阈值，则判断所述三相交流电机发生缺相。
根据本发明实施例的三相交流电机的缺相检测方法，控制三相交流电机以预设频率运行，并实时获取三相交流电机的三相电流，然后，分别判断三相电流中的每一相电流是否处于预设的电流范围内且持续时间大于预设的时间阈值。如果三相电流中任一相电流处于预设的电流范围内且持续时间大于预设的时间阈值，则判断三相交流电机发生缺相，从而不仅能够有效检测出因电机定子绕组内部断线等导致的电机一直缺相的情况，而且能够有效检测出因接线不牢等导致的电机间歇性缺相的情况。
根据本发明的一个实施例，所述预设的电流范围为[-(电流检测噪声的最大值+预设裕量),(电流检测噪声的最大值+预设裕量)]。
根据本发明的一个实施例，所述预设的时间阈值根据所述预设频率和预设的相位阈值计算获得。
根据本发明的一个实施例，所述预设的时间阈值＝(所述预设的相位阈值/360°)*(1/所述预设频率)，其中，所述预设的相位阈值可以为0°～360°。
根据本发明的一个实施例，通过至少一个电流传感器获取所述三相交流电机的三相电流。
为实现上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种三相交流电机的缺相检测装置，包括：电流获取模块，用于实时获取三相交流电机的三相电流；控制模块，所述控制模块与所述电流获取模块相连，所述控制模块用于控制所述三相交流电机以预设频率运行，并分别判断所述三相电流中的每一相电流是否处于预设的电流范围内且持续时间大于预设的时间阈值，其中，如果所述三相电流中任一相电流处于所述预设的电流范围内且持续时间大于所述预设的时间阈值，所述控制模块则判断所述三相交流电机发生缺相。
根据本发明实施例的三相交流电机的缺相检测装置，通过控制模块控制三相交流电机以预设频率运行，并通过电流获取模块实时获取三相交流电机的三相电流，如果三相电流中任一相电流处于预设的电流范围内且持续时间大于预设的时间阈值，控制模块则判断三相交流电机发生缺相，从而不仅能够有效检测出因电机定子绕组内部断线等导致的电机一直缺相的情况，而且能够有效检测出因接线不牢等导致的电机间歇性缺相的情况。
根据本发明的一个实施例，所述预设的电流范围为[-(电流检测噪声的最大值+预设裕量),(电流检测噪声的最大值+预设裕量)]。
根据本发明的一个实施例，所述预设的时间阈值根据所述预设频率和预设的相位阈值计算获得。
根据本发明的一个实施例，所述预设的时间阈值＝(所述预设的相位阈值/360°)*(1/所述预设频率)，其中，所述预设的相位阈值可以为0°～360°。
根据本发明的一个实施例，所述电流获取模块通过至少一个电流传感器获取所述三相交流电机的三相电流。
此外，本发明的实施例还提出了一种三相交流电机，其包括上述的三相交流电机的缺相检测装置。
本发明实施例的三相交流电机，通过上述的缺相检测装置，不仅能够有效检测出因电机定子绕组内部断线等导致的电机一直缺相的情况，而且能够有效检测出因接线不牢等导致的电机间歇性缺相的情况。
附图说明
图1是根据本发明实施例的三相交流电机的缺相检测方法的流程图；
图2是根据本发明一个实施例的采用三个电流传感器获取三相交流电机的三相电流的电机驱动器的电路拓扑图；
图3是根据本发明另一个实施例的采用一个电流传感器获取三相交流电机的三相电流的电机驱动器电路拓扑图；以及
图4是根据本发明实施例的三相交流电机的缺相检测装置的方框示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图来描述本发明实施例的三相交流电机的缺相检测方法、三相交流电机的缺相检测装置以及具有该装置的三相交流电机。
图1是根据本发明实施例的三相交流电机的缺相检测方法的流程图。如图1所示，该三相交流电机的缺相检测方法可包括以下步骤：
S1，控制三相交流电机以预设频率运行，并实时获取三相交流电机的三相电流。其中，预设频率可以是三相交流电机正常运行时的任一频率。
根据本发明的一个实施例，通过至少一个电流传感器获取三相交流电机的三相电流。
具体地，如图2或图3所示，三相交流电机的驱动器可包括控制芯片、智能功率模块(可由分立功率开关器件组成的三相逆变桥式电路替代)和电流传感器等，其中，控制芯片可根据速度指令、三相交流电机的转速、直流母线电压和三相交流电机的三相电流输出驱动信号，以驱动智能功率模块中的功率开关管的导通与关断来控制电机运行。由于三相交流电机的三相电流的对称性，因此，可通过电流传感器直接或间接的检测出三相交流电机的三相电流。
具体而言，如图2所示，可以通过三个电流传感器直接检测三相交流电机的每一相电流，以获得三相电流；也可以通过其中的两个电流传感器检测三相交流电机的两相电流，然后根据电流标量之和为0计算出三相电流。如图3所示，可以通过一个电流传感器检测直流母线电流，然后根据直流母线电流和智能功率模块的驱动信号重构三相电流。
S2，分别判断三相电流中的每一相电流是否处于预设的电流范围内且持续时间大于预设的时间阈值。
其中，预设的电流范围可根据实际情况进行标定，例如，预设的电流范围可以根据所有电流检测噪声进行确定，并留有一定的裕量，即预设的电流范围可以为[-(电流检测噪声的最大值+预设裕量),(电流检测噪声的最大值+预设裕量)]。可选地，预设的电流范围可以为[-1A，1A]。
需要说明的是，在电机运行时，由于电子绕组产生旋转磁场，电磁交换，其中，三相交流电机的三相交流回路中包含了与电机有关的磁力变化信号，反应到三相交流回路中就产生了对应的电流噪声信号。这种电流噪声信号主要包括了电机转子槽、定子槽、偏心、不对称、磁饱和，机械轴承引起的转子不平衡等产生的电磁力波变化信号。同样的，电机绕组过热，绝缘老化，铁心变形及电机转子偏心等故障信息也都将反应到电机的电流噪声信号中。这些因素也产生在电机的运行环境中，如电网电压、负载性质、安装环境、产品质量、恶劣的环境和超技术范围的运行等故障因素同样影响了电机电流噪声信号的变化。因此，当理论上电机的某一相电流为0时，而由于电流噪声信号的存在，该电流不一定为0，而是一个非常接近于0的值，所以预设的电流范围可根据电流噪声信号确定，即根据所有电流检测噪声进行确定，其中，电流检测噪声可采用现有技术检测获得。
根据本发明的一个实施例，预设的时间阈值可根据预设频率和预设的相位阈值计算获得，其中，预设的相位阈值可根据实际情况进行标定。例如，预设的时间阈值＝(预设的相位阈值/360°)*(1/预设频率)，其中，预设的相位阈值为0°～360°，可选地，预设的相位阈值可以为60°。
S3，如果三相电流中任一相电流处于预设的电流范围内且持续时间大于预设的时间阈值，则判断三相交流电机发生缺相。
具体而言，考虑到电机定子绕组内部断线、电机与驱动器连接线断线、驱动电路或功率开关管存在故障等会导致电机的某一相电流一直为0，而电机与驱动器连接线未连接好或连接不牢、器件虚焊等会导致电机的某一相电流时有时无。因此，在本发明的实施例中，在三相交流电机运行过程中，通过电流传感器实时获取三相交流电机的三相电流，然后，控制芯片分别判断三相电流中的每一相电流是否处于预设的电流范围内，如[-1A，1A]，并且持续时间是否大于当前三相交流电机的运行频率所对应的时间阈值，如(60°/360°)*(1/当前三相交流电机的运行频率)。如果三相电流中的某一相电流处于电流范围[-1A，1A]内且持续时间大于时间阈值(60°/360°)*(1/当前三相交流电机的运行频率)，则判断三相交流电机发生缺相，从而不仅能够有效检测出因电机定子绕组内部断线、电机与驱动器连接线断线、驱动电路或功率开关管存在故障等导致的三相交流电机一直缺相，而且能够有效检测出因电机与驱动器连接线未连接好或连接不牢、器件虚焊等导致的间歇性缺相。同时，该缺相检测可以在电机正常运行过程中进行，因此在电机发生缺相时能够及时对电机和相关电路采取相应措施，从而对电机和相关电路进行保护，保证电机工作的安全性和可靠性。
综上所述，根据本发明实施例的三相交流电机的缺相检测方法，控制三相交流电机以预设频率运行，并实时获取三相交流电机的三相电流，然后，分别判断三相电流中的每一相电流是否处于预设的电流范围内且持续时间大于预设的时间阈值。如果三相电流中任一相电流处于预设的电流范围内且持续时间大于预设的时间阈值，则判断三相交流电机发生缺相，从而不仅能够有效检测出因电机定子绕组内部断线等导致的电机一直缺相的情况，而且能够有效检测出因接线不牢等导致的电机间歇性缺相的情况，并且在电机运行过程中即可完成缺相检测，从而能够及时采取相应措施以对电机和相关电路进行保护，保证电机的安全可靠运行。
图4是根据本发明实施例的三相交流电机的缺相检测装置的方框示意图。如图4所示，该三相交流电机的缺相检测装置可包括：电流获取模块10和控制模块20。
其中，电流获取模块10用于实时获取三相交流电机的三相电流。控制模块20用于控制三相交流电机以预设频率运行，并分别判断三相电流中的每一相电流是否处于预设的电流范围内且持续时间大于预设的时间阈值，如果三相电流中任一相电流处于预设的电流范围内且持续时间大于预设的时间阈值，控制模块20则判断三相交流电机发生缺相。
根据本发明的一个实施例，电流获取模块10通过至少一个电流传感器获取三相交流电机的三相电流。
具体而言，如图2所示，电流获取模块10可以通过三个电流传感器直接检测三相交流电机的每一相电流，以获得三相电流；也可以通过两个电流传感器检测三相交流电机的两相电流，然后根据电流标量之和为0计算出三相电流。如图3所示，电流获取模块10可以通过一个电流传感器检测直流母线电流，然后根据直流母线电流和智能功率模块的驱动信号重构三相电流。
在本发明的实施例中，预设的电流范围可根据所有电流检测噪声进行确定，并留有一定的裕量，即预设的电流范围为[-(电流检测噪声的最大值+预设裕量),(电流检测噪声的最大值+预设裕量)]。可选的，预设的电流范围可以为[-1A，1A]。
根据本发明的一个实施例，预设的时间阈值根据预设频率和预设的相位阈值计算获得。例如，预设的时间阈值＝(预设的相位阈值/360°)*(1/预设频率)，其中，预设的相位阈值为0°～360°。可选地，预设的相位阈值可以为60°。
具体而言，考虑到电机定子绕组内部断线、电机与驱动器连接线断线、驱动电路或功率开关管存在故障等会导致电机的某一相电流一直为0，而电机与驱动器连接线未连接好或连接不牢、器件虚焊等会导致电机的某一相电流时有时无。因此，在本发明的实施例中，在三相交流电机运行过程中，通过电流获取模块10实时获取三相交流电机的三相电流，然后，控制模块20分别判断三相电流中的每一相电流是否处于预设的电流范围内，如[-1A，1A]，并且持续时间是否大于当前三相交流电机的运行频率所对应的时间阈值，如(60°/360°)*(1/当前三相交流电机的运行频率)。如果三相电流中的某一相电流处于电流范围[-1A，1A]内且持续时间大于时间阈值(60°/360°)*(1/当前三相交流电机的运行频率)，控制模块20则判断三相交流电机发生缺相，从而不仅能够有效检测出因电机定子绕组内部断线、电机与驱动器连接线断线、驱动电路或功率开关管存在故障等导致的三相交流电机一直缺相，而且能够有效检测出因电机与驱动器连接线未连接好或连接不牢、器件虚焊等导致的间歇性缺相。同时，该缺相检测可以在电机正常运行过程中进行，因此在电机发生缺相时能够及时对电机和相关电路采取相应措施，从而对电机和相关电路进行保护，保证电机工作的安全性和可靠性。
需要说明的是，在本发明实施例的三相交流电机的缺相检测装置中未披露的细节，请参照本发明实施例的三相交流电机的缺相检测方法中所披露的细节，具体这里不再赘述。
根据本发明实施例的三相交流电机的缺相检测装置，通过控制模块控制三相交流电机以预设频率运行，并通过电流获取模块实时获取三相交流电机的三相电流，如果三相电流中任一相电流处于预设的电流范围内且持续时间大于预设的时间阈值，控制模块则判断三相交流电机发生缺相，从而不仅能够有效检测出因电机定子绕组内部断线等导致的电机一直缺相的情况，而且能够有效检测出因接线不牢等导致的电机间歇性缺相的情况，并且在电机运行过程中即可完成缺相检测，从而能够及时采取相应措施以对电机和相关电路进行保护，保证电机的安全可靠运行。
此外，本发明的实施例还提出了一种三相交流电机，其包括上述的三相交流电机的缺相检测装置。
本发明实施例的三相交流电机，通过上述的缺相检测装置，不仅能够有效检测出因电机定子绕组内部断线等导致的电机一直缺相的情况，而且能够有效检测出因接线不牢等导致的电机间歇性缺相的情况，并且在电机运行过程中即可完成缺相检测，从而能够及时采取相应措施以对电机和相关电路进行保护，保证电机的安全可靠运行。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种三相交流电机的缺相检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
控制三相交流电机以预设频率运行，并实时获取所述三相交流电机的三相电流；
分别判断所述三相电流中的每一相电流是否处于预设的电流范围内且持续时间大于预设的时间阈值；以及
如果所述三相电流中任一相电流处于所述预设的电流范围内且持续时间大于所述预设的时间阈值，则判断所述三相交流电机发生缺相。
2.如权利要求1所述的三相交流电机的缺相检测方法，其特征在于，所述预设的电流范围为[-(电流检测噪声的最大值+预设裕量),(电流检测噪声的最大值+预设裕量)]。
3.如权利要求1所述的三相交流电机的缺相检测方法，其特征在于，所述预设的时间阈值根据所述预设频率和预设的相位阈值计算获得。
4.如权利要求3所述的三相交流电机的缺相检测方法，其特征在于，所述预设的时间阈值＝(所述预设的相位阈值/360°)*(1/所述预设频率)，其中，所述预设的相位阈值为0°～360°。
5.如权利要求1-4中任一项所述的三相交流电机的缺相检测方法，其特征在于，通过至少一个电流传感器获取所述三相交流电机的三相电流。
6.一种三相交流电机的缺相检测装置，其特征在于，包括：
电流获取模块，用于实时获取三相交流电机的三相电流；
控制模块，所述控制模块与所述电流获取模块相连，所述控制模块用于控制所述三相交流电机以预设频率运行，并分别判断所述三相电流中的每一相电流是否处于预设的电流范围内且持续时间大于预设的时间阈值，其中，如果所述三相电流中任一相电流处于所述预设的电流范围内且持续时间大于所述预设的时间阈值，所述控制模块则判断所述三相交流电机发生缺相。
7.如权利要求6所述的三相交流电机的缺相检测装置，其特征在于，所述预设的电流范围为[-(电流检测噪声的最大值+预设裕量),(电流检测噪声的最大值+预设裕量)]。
8.如权利要求6所述的三相交流电机的缺相检测装置，其特征在于，所述预设的时间阈值根据所述预设频率和预设的相位阈值计算获得。
9.如权利要求8所述的三相交流电机的缺相检测装置，其特征在于，所述预设的时间阈值＝(所述预设的相位阈值/360°)*(1/所述预设频率)，其中，所述预设的相位阈值为0°～360°。
10.如权利要求6-9中任一项所述的三相交流电机的缺相检测装置，其特征在于，所述电流获取模块通过至少一个电流传感器获取所述三相交流电机的三相电流。
11.一种三相交流电机，其特征在于，包括如权利要求6-10中任一项所述的三相交流电机的缺相检测装置。
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